二轮专题·05·生物工程[教学类别]

1、 第五讲生物工程考情分析 一、本讲考点：1基因(1)基因的概念(2)原核细胞和真核细胞的基因结构(3)基因控制蛋白质的合成(4)基因对性状的控制(5)人类基因组研究2基因工程简介(1)基因操作的工具(2)基因操作的基本步骤(3)基因工程的成果与发展前景3细胞的结构和功能(1)细胞膜的分子结构和主要功能(2)细胞质基质(3)细胞器(线粒体、叶绿体、内质网、高尔基体、核糖体和中心体)的结构和功能(4)细胞核的结构和功能(5)生物膜(生物膜系统的概念、各种生物膜在结构和功能上的联系、研究生物膜的重要意义)(6)原核细胞的基本结构4细胞的分化、衰老和癌变5植物细胞工程(1)植物细胞的全能性(2)植物组

2、织培养(3)植物体细胞杂交6动物细胞工程(1)动物细胞培养(2)动物细胞融合(3)单克隆抗体7微生物的类群(1)细菌的结构和繁殖(2)病毒的结构和繁殖8微生物的营养(1)微生物需要的营养物质及功能(2)培养基的配制(3)培养基的种类9微生物的代谢(1)微生物的代谢产物(2)微生物代谢的调节(3)微生物代谢的人工控制10微生物的生长(1)微生物群体的生长规律(2)影响微生物生长的环境因素11发酵工程简介(1)应用发酵工程的生产实例(2)发酵工程的概念和内容(3)发酵工程的应用二、考点解读：本讲知识属于现代生物科技及能够联系并应用于生产、生活实际中的技术。近几年的上海、广东各地的高考题中多次涉及本

3、章知识点的考题。概念题的题型一般多为选择题，与生产紧密相关的题及实验设计题多以非选择题形式出现。生物工程也叫生物技术，是生物科学与工程技术有机结合而兴起的一门综合性科学技术。包括基因工程、细胞工程、微生物发酵工程和酶工程等一系列的现代生物技术，关于基因工程、细胞工程、微生物发酵工程的材料题是近年来高考的热门知识点。通过对近几年高考题的分析可以看出，本部分属于高考的重点内容之一。考向走势复习时要重视生物新技术在生产生活实践中的应用，重视发酵工程与基因工程和细胞工程的相互关系，这既是科技发展热点课题之一，也是考试命题热点之一。利用已学过的基因工程、细胞工程、发酵工程知识，正确认识生产酶制剂所需的酶

4、大都来自微生物的可行性与优越性。充分利用教材最后对生物工程四个方面的小结，对四大生物工程的联系加以融会贯通，提高分析综合与解决实际问题的能力。考训指南本部分考点内容最常见的能力测试要求是：能使用恰当的生物学术语，准确认识和阐述已学细胞生物学现象、方法、概念和原理。能理解有关细胞、细胞分裂图表含义、微生物群体生长的规律，会用文字、数据、图形等多种形式描述与之相关的生物学现象。能通过分析和综合，理解细胞的结构与功能、分裂与分化、癌变与衰老的关系。能运用细胞工程技术，分析和解决科学、生产、生活和人体健康等有关现实问题。通过分析综合，形成“元素化合物功能生理活动”完整的知识体系。能够将各种工程技术融汇

5、到一起，综合分析解决生产、生活中的一些生物学热点问题。第二十课 细胞工程与膜生物工程主干知识整合1生物膜(1)概念：细胞膜、 以及 、 (质体)、 、 、液泡、溶酶体等细胞器都由膜构成，而它们的化学组成，基本结构大致相同，统称为生物膜。(2)生物膜分类：按照分布的位置可分为质膜和内膜：质膜就是指 ，内膜则是由核膜和细胞器膜的总称。按照生物膜的结构分为单层膜和双层膜：单层膜的包括 、 、 、 、溶酶体膜；双层膜的包括 、 、 。(3)生物膜在结构的联系：生物膜之间的直接联系：内质网膜向内延伸与 直接相连，向外延伸与细胞膜直接相连。在合成旺盛的细胞中，内质网膜还有时直接与 直接相连。这样使细胞质、

6、细胞核、线粒体等之间的联系更加紧密。如右图的双向箭头。生物膜之间的间接联系： 能够通过“出芽”形成 ，再由小泡与高尔基体膜融合转变成高尔基体膜，高尔基体膜也能够通过“出芽”形成小泡，再通过小泡与 融合转变成细胞膜。如图5-20-1中的单向箭头。 图5-20-1(4)生物膜在功能上的联系：生物膜在功能上既有明确分工，又有紧密联系。如有附着在内质网上的核糖体合成的 (如消化酶、溶菌酶、抗体、蛋白质类激素等)就需要有 的初步加工(折叠、组装、加上糖基团等)、运输，再由 进一步加工浓缩，最后通过 的外排作用排出细胞。这一过程中还需要线粒体提供能量。也就是说，线粒体、内质网、高尔基体、细胞膜等生物膜在这

7、一过程中是分工合作、紧密联系的。2生物膜系统(1)生物膜系统的概念：细胞膜、核膜以及内质网、高尔基体、线粒体等由膜围绕形成的细胞器，在结构和功能上紧密联系，它们形成的结构体系就是细胞的生物膜系统。(2)生物膜系统的作用：细胞膜的存在使细胞具有一个相对稳定的内环境，在细胞与外界环境之间进行 、 和 起着决定性作用；细胞内面积广阔的生物膜为 的附着提供场所，有利于许多重要化学反应在生物膜上进行；细胞内的生物膜将细胞分隔成一个个小的区室，使细胞内能够同时进行多种化学反应，而不互相干扰，保证了细胞的生命活动 地进行。3膜生物工程膜生物工程又叫 ，是生物工程的一个新的分支。实质上就是把磷脂制成 ，包裹着

8、酶、抗体、核酸等生物大分子或小分子的药物，运输到患者患病部位的细胞，通过脂质微球体的膜与细胞膜的相互作用，即膜相互融合、被吞噬等，将这些物质送入细胞中，从而达到 、 或改变 、 等目的。4细胞工程的概念细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过某种工程学手段，在细胞整体水平或细胞器水平上，按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。细胞工程涉及的领域相当广泛，就其技术范围而言，大致有 技术、细胞拆合技术、染色体导入技术、基因转移技术、 技术和 技术等。5植物细胞工程(1)植物细胞工程的原理细胞的 性：一个体细胞含有该种生物全套的完整基因组(遗传信息)，因

9、此具有使 发育成完整生物的潜在能力。在生物体内，细胞的全能性并不表现出来，而是分化成不同的组织、器官。当植物细胞在离体状态时，在一定的条件下，就可表现出全能性。(2)植物细胞工程的主要技术手段：植物组织培养：是指在人工操作下，将植物的器官、组织或细胞从植物体上取出，在一定的容器里供给适当的营养物质，使它们得到分化、发育和生长的培养技术。用于组织培养中的植物细胞或器官称为 。外植体在适宜的营养和外界条件下，细胞首先发生 ，然后恢复细胞分裂形成 (一群形态、结构相同或相似的还未分化的细胞群)，再在一定的诱导因素作用下发生分化，最后形成具有根、茎、叶的完整植株。植物体细胞杂交：植物体细胞杂交是在原生

10、质培养技术的基础上，借用动物细胞融合方法发展起来的一门新型生物技术。植物体细胞杂交的过程包括原生质体的制备、 的诱导，杂种细胞的筛选和培养，以及杂种植株的再生与鉴定等环节。6动物细胞工程(1)动物细胞工程的原理动物细胞的分裂增殖能力。(2)动物细胞培养：取材选取 的器官或组织。制作细胞悬浮液用剪刀将组织或器官剪碎，再用 等使组织分散开来，成为单个细胞，并配制成一定浓度的细胞悬浮液。用培养基培养将细胞悬浮液放入培养瓶中，在培养瓶内加入适合的培养基，在培养箱中 培养。(3)动物细胞融合：即在体外培养时，让2个细胞的细胞膜密切接触，在一定理化条件下促使细胞膜变化，导致细胞合并。所得的杂种细胞兼有两个

11、亲本的遗传物质，可通过有丝分裂形成杂种全体或杂种细胞群，有性生殖中的受精作用就是细胞融合的实例。动物细胞融合的方法有：物理方法： ；化学方法： 等化学诱导剂；生物方法： ，如仙台病毒。通常 只有前面两种方法。仙台病毒细胞融合图解如图5-20-2所示：图5-20-21植物体细胞杂交操作技术植物体细胞杂交是在原生质体培养技术的基础上，借用动物细胞融合方法发展起来的一门新型生物技术。植物细胞杂交的过程包括原生质体的制备、诱导原生质体融合、杂种细胞的筛选和培养以及杂种植株的再生与鉴定等环节。下面以烟草和大豆的体细胞杂交为例，简要介绍植物体细胞杂交的过程(简单表述如图5-20-3)： 图5-20-3(1

12、)原生质体制备：选取烟草植株上的幼嫩叶片细胞和培养好的大豆根尖细胞，用酶解法制备原生质体。烟草的原生质体呈绿色，大豆的无色，在显微镜下很容易区别开来。(2)原生质体融合：取等量烟草和大豆的原生质体混合后，加入聚乙二醇溶液。在显微镜下观察，可以看到原生质体相互黏集在一起。隔一段时间后，加入高钙、高pH的溶液，这时原生质体才开始融合。原生质体融合包括膜融合和核融合两个过程。诱导融合只能诱导细胞膜的融合，两个核的融合是在杂种细胞第一次有丝分裂时进行的。(3)杂种细胞的筛选和培养：烟草与大豆的原生质体融合后，将原生质体转移到适当的培养基上培养，使其再生出细胞壁。这时，在细胞混合物中，不仅有烟草大豆杂种

13、细胞，还有烟草细胞、大豆细胞、烟草烟草细胞、大豆大豆细胞。杂种细胞的筛选，可以用机械方法，也可以用生理学或遗传学方法。以机械方法为例，根据两种亲本细胞在形态、色泽上的差异，将细胞分别接种在带有小格的培养皿中，每小格中约放13个细胞。在显微镜下找出杂种细胞，并且标定位置。等杂种细胞分裂成细胞团时，转移到培养皿中，培养成愈伤组织。(4)杂种植株的再生与鉴定：杂种植株的再生是指以愈伤组织培养出杂种植株的过程。由于烟草和大豆分别属于茄科和豆科植物，二者的原生质体融合后，至今只能长成杂种愈伤组织，还不能分化，因此谈不上杂种植株的再生与鉴定。对于能够再生出杂种植株的烟草海岛烟草、白菜甘蓝、胡萝卜羊角芹等，

14、长出的植株究竟是不是杂种，还需要经过鉴定才能确定下来。杂种植株的鉴定方法有形态学方法、生化方法(如电泳)、细胞学方法(如染色体组型分析)、分子生物学方法(如分子杂交)等。2原代培养、传代培养、细胞株、细胞系及其关系(1)原代培养：可用有两种表述：细胞悬浮液第一次在瓶中培养，没有分瓶培养之前的细胞培养；第1代细胞的培养与传10代以内的细胞培养统称为原代培养。两种表述没有本质区别。(2)传代培养：同样有两种表述：细胞悬浮液培养一段时间后，分瓶再进行的细胞培养；传10代以后的细胞培养，统称为传代培养。(3)细胞株：原代培养的细胞一般传至10代左右会出现生长停滞，衰老死亡，少数度过“危机”的细胞能传4

15、050代，形成细胞株。细胞株的遗传物质并没有发生改变。(4)细胞系：细胞株传至50代以后，会出现第二次危机，少数度过第二次危机的细胞能够无限制传下去，形成细胞系。细胞系的遗传物质发生了改变，带有癌变细胞的特点。这四个概念的关系表示如下：3单克隆抗体(1)单克隆抗体的概念：单克隆抗体是相对血清抗体而言的。血清抗体是将抗原反复注射到动物体内，然后从血清中获得抗体，其特点为：产量低，特异性差，纯度低，不灵敏。而单克隆抗体则是由效应B淋巴细胞产生的化学性质单一、特异性强的抗体。(2)操作过程：取材：反复将特定抗原注入小鼠体内，取出小鼠的脾脏，制成B淋巴细胞悬浮液，同样将取出的骨髓瘤细胞也制作成细胞悬浮

16、液。细胞融合：将两种悬浮液混合，加入灭活的仙台病毒或聚乙二醇诱导融合。选出杂交瘤细胞：在特定的选择性培养基中进行筛选，筛选出B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合形成的杂交瘤细胞。选出能够产生所需抗体的细胞群：对杂交瘤细胞进行培养，在从中挑选出能够产生所需抗体的细胞群。生产单克隆抗体：培养上述选出的细胞群，在获得足够数量的细胞后，将细胞在体外条件下大规模培养或注射到小鼠腹腔内增殖，再从培养液或小鼠的腹水中提取大量的单克隆抗体。(3)抗克隆抗体制备实质：就是将免疫B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合在一起，形成杂交瘤细胞。实际上就是利用动物细胞融合技术，是动物细胞融合技术的具体运用。(4)制备单克隆抗体的选材理由：因

17、为效应B淋巴细胞具有分泌特异性抗体的能力，而骨髓瘤细胞具有在体外条件下大量增殖的本领，所以由某种效应B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合而成的杂交瘤细胞，既有效应B淋巴细胞分泌特异性抗体的能力，又具备骨髓瘤细胞在体外培养条件下大量增殖的本领，能够在体外培养条件下大量增殖，并且产生特定的抗体。4动物细胞融合与植物细胞杂交的比较动物细胞融合与植物体细胞杂交之间既有共性又有差异，如下表所示：项目融合原理融合方法诱导手段用途植物体细胞杂交细胞膜的流动性去除细胞壁后诱导原生质体融合离心、电刺激、振动、聚乙二醇诱导克服远缘杂不亲和的障碍，获得杂剧种植株动物细胞融合细胞膜的流动使细胞分散后诱导细胞融合同上，再加上灭活

18、的病毒诱导制备单克隆抗体的技术之一5细胞工程的应用(1)单克隆抗体在疾病的诊断、治疗和预防方面优势很明显。(2)采用植物组织培养技术，用一小块植物组织在1年内就能培养出成千上万甚至几十万株小苗，这对引入优良品种或难以繁殖的名贵品种更具优越性。由于植物的茎尖通常不受病毒感染，利用茎尖进行组织培养就可以获得无病毒植株。另外花药离体培养即利用植物的花粉进行离体培养形成单倍体也属于组织培养。(3)试管动物(婴儿)：“试管动物或婴儿”是指通过体外受精和胚胎移植技术而产生的动物或婴儿。在这一技术过程中，精子和卵子从动物(人)体内取出来，在人工提供的生活条件下(通常是在试管中)进行受精，并让体外受精的受精卵

19、在试管中发育，再把发育到一定阶段的胚胎移植到“代理母亲”动物(人)的子宫内继续发育直到诞生。试管婴儿主要是在夫妻间进行的，其目的是解决不育问题。(4)克隆动物：克隆动物一般是指通过无性繁殖形成动物后代。1997年，英国生物学家首次用羊的体细胞成功地克隆了1只小母羊，即多莉绵羊。克隆是指无性繁殖系，具体地说，是指从一个共同的祖先，通过无性繁殖的方法产生出来的一群遗传特性相同的DNA分子、细胞或个体。克隆也可指无性繁殖的过程。真题新题探究【例1】 2005年广东关于单克隆抗体，下列叙述不正确的是 ( D )A可以制成诊断盒，用于疾病的诊断B可用与药物结合，用于病变细胞的定向治疗C可以利用基因工程技

20、术生产D可以在生物体内生产，不能体外生产【命题意图】 本题主要考查考生对一些基本的生物学知识、事实的了解，以及要求考生对生物工程各种手段技术之间的联系能够融会贯通。【解析】 利用单克隆抗体比常规抗体特异性强，灵敏度高，优越性非常明显等特点，可以将单克隆抗体制成单抗诊断盒，用于诊断疾病；可以在单抗上连接抗癌药物，制成“生物导弹”，将药物定向带到癌细胞所在部位，进行定向治疗。但单克隆抗体既可以将杂交瘤细胞在体外培养液内培养，也可以置于小鼠等动物的腹腔内培养。变式题 科学家用小鼠骨髓瘤细胞与某种细胞融合，得到杂交瘤细胞，经培养可产生大量的单克隆抗体，与骨髓瘤细胞融合的是 ( )A经过免疫的B淋巴细胞

21、B不经过免疫的T淋巴细胞C经过免疫的T淋巴细胞D不经过免疫的B淋巴细胞【例2】 2005年上海将胡萝卜韧皮部细胞培养成幼苗时，下列条件中不需要的是 ( D )A具有完整细胞核的细胞B一定的营养物质和植物激素C离体状态D导入指示基因【命题意图】 本题主要考查考生对一些基本的生物学原理、事实的理解掌握，并能够在实际操作过程中自如的运用，解决一些操作技术中实际问题。【解析】 植物组织培养的条件为离体状态下，提供一定的营养物质和植物激素。当然，进行植物组织培养的外植体需要的是植物的组织或细胞，因而细胞必须是完整的。但不需要导入指示基因。变式题 在一个生物体内，细胞没有表现出全能性，原因是 ( )A细胞

22、失去了全能性B细胞中的基因部分丢失C细胞中的基因选择表达D细胞中的基因变异不同【例3】 2005年天津下列有关细胞结构和功能的叙述，正确的是 ( C )A人的肾小管上皮细胞中没有胰岛素基因B人体内不再分裂的体细胞中共有46个DNA分子C性激素的合成与内质网有关D内质网与细胞膜相连，不与核膜相连【命题意图】 本题的综合性比较大，牵涉到生物膜系统、有丝分裂、体细胞，各细胞器的功能等问题。主要考查考生对与细胞有关的生物学事实、原理能够综合理解。并能够用正确的生物语言阐述、表达。 【解析】 个体发育的起点是受精卵，经有丝分裂和分化发育成一个完整的个体，所以各种类型的体细胞的核DNA应该完全相同；内质网

23、膜向外与细胞膜直接相连，向内与细胞核外膜直接相连，有时还与线粒体外膜直接相连；性激素属于固醇类物质，不是蛋白质，但内质网与蛋白质、脂类和糖类的合成都相关。真核细胞除了核DNA外，在细胞质内的线粒体中也存在DNA分子。所以人的体细胞中不只有46个DNA分子。变式题 下列有关生物膜的叙述不正确的是 ( )A各种生物膜的化学组成和结构完全相同B不同细胞器或细胞结构的生物膜之间是可以相互转变的C生物膜已研究到分子水平D细胞内的生物膜既各司其职，又相互协作，共同完成细胞的生理功能【例4】 2005年广东用含有35S标记氨基酸的培养基培养动物细胞，该细胞合成并分泌一种含35S蛋白质。(1)请写出35S在细

24、胞各结构间移动的先后顺序(用“”表示先后顺序)。【答案】 核糖体内质网小泡高尔基体小泡细胞膜细胞外(2)写出上述蛋白质合成和分泌过程中相关细胞器的功能。【答案】 核糖体是蛋白质合成的场所；内质网与蛋白质合成有关，对分泌蛋白进行加工(螺旋、折叠、加糖基等)和提供运输通道；高尔基体与细胞的分泌物形成有关，对分泌蛋白进行进一步加工浓缩和转运。【命题意图】 本题主要考查考生对生物膜在结构和功能上的联系的掌握情况。要求考生能够对生物学的基本原理、事实理解和掌握，并能够用恰当的方式阐述清楚有关的生物问题，用来解决生物学实际问题。【解析】 核糖体是合成蛋白质的场所，经内质网加工后运输到高尔基体，在高尔基体内

25、进一步加工浓缩后，形成小泡通过细胞膜的外排作用分泌到细胞外。另外在分泌蛋白的合成、加工、运输和分泌的过程还需要线粒体提供能量。变式题 下列对细胞内生物膜在结构上具有一定连续性的叙述，错误的是 ( )A内质网通过“出芽”形成小泡与高尔基体膜融合B细胞质中小泡与核糖体膜融合C细胞膜向内凹陷形成小泡离开细胞膜回到细胞质中D高尔基体膜突出形成小泡，离开高尔基体膜与细胞膜融合【例5】 现有甲、乙两个烟草品种(2n=48)，其基因型分别为aaBB和AAbb，这两对基因位于非同源染色体上，且在光照强度大于800勒克斯时，都不能生长，这是由于它们中的一对隐性纯合基因(aa或bb)作用的结果。取甲乙两品种的花粉

26、分别培养植株，将它们的叶肉细胞制成原生质体，并将两者相混，使之融合，诱导产生细胞团。然后，放到大于800勒克斯光照下培养，结果有的细胞团不能分化，有的能分化发育成植株。请回答下列问题：(1)甲、乙两烟草品种花粉的基因型分别为aB 和Ab 。(2)将叶肉细胞制成原生质体时，使用纤维素酶和果胶酶(仅答纤维素酶也可以)破除细胞壁。(3)在细胞融合技术中，常用的促融剂是 聚乙二醇 。(4)细胞融合后诱导产生的细胞团叫 愈伤组织 。(5)在大于800勒克斯光照下培养，有4种细胞团不能分化；能分化的细胞团是由甲、乙两品种的花粉 的原生质体融合来的(这里只考虑2个原生质体的相互融合)。由该细胞团分化发育成的

27、植株，其染色体数是48 。基因型是AaBb 。该植株自交后代中，在大于800勒克斯关照下，出现不能生长的植株的概率是7/16 。【命题意图】 本题主要考查考生对植物体细胞杂交的原理、遗传的基因分离规律、基因的自由组合规律、减数分裂、染色体变异、单倍体育种等基本的生物学原理、规律的理解掌握。并要求考生正确地运用这些知识解决生产实际中遇到的问题。【解析】 (1)基因型为aaBB和AAbb的个体，经减数分裂形成的生殖细胞(花粉)的基因型分别为aB和Ab。(2)植物细胞的细胞壁由纤维素和果胶组成，所以在破坏植物的细胞壁最好用纤维素酶和果胶酶处理，使之裸露形成原生质体。(3)在促进植物细胞的原生质体融合

28、时，常用的方法有物理法(振动、离心、电刺激等)和化学法(使用聚乙二醇等诱导剂)。常用的促融剂是聚乙二醇。(4)在植物细胞融合成杂种细胞后，将细胞培育成新个体，实际上是植物组织培养，包括融合细胞脱分化分裂形成愈伤组织和愈伤组织再分化形成新个体。本题中应该属于脱分化分裂形成愈伤组织。(5)在大于800勒克斯光照下培养，凡基因型中含aa或bb的细胞团都不能生长分化，能够分化的一定含有A、B基因。若基因型为AaBb的植株自交，根据自由组合规律，两对等位基因的个体自交，后代中同时出现A和B基因的占总数的9/16，其余占7/16。变式题 图5-20-4的图解为两个不同物种间体细胞杂交示意图，请回答下列问题

29、：图5-20-4(1)只有去壁的植物细胞在促融剂帮助下才能融合，欲去除细胞壁而不损伤细胞可用 等方法； (2)杂种细胞的遗传物质组成是 ，由这种细胞经人工诱导培养，经 分裂增加细胞数目并不断分化，逐渐发育成植株。该植株的性状是 。(3)上图整个培养过程应用了细胞工程的 和 两大技术，这种培育杂种植株的意义是 。能力思维冲浪一、选择题部分：1下图为植物组织培养的基本过程，则制作人工种子，及生产治疗烫伤、割伤的药物紫草素，应分别选用编号是的 ( )脱分化 再分化 A B C D2下列哪项属于克隆 ( )A将鸡的某个DNA片段整合到小鼠的DNA分子中B将抗药菌的某基因引入草履虫的细胞内C将鼠骨髓瘤细

30、胞与经过免疫的脾细胞融合成杂交瘤细胞D将某肿瘤细胞在体外培养繁殖成一个细胞系3按操作目标，使用下列试剂生物处理组织细胞恰当的是 ( )A观察植物细胞的有丝分裂：果胶酶B处理用于细胞融合的动物细胞：胰蛋白酶C处理用于细胞融合的动物细胞：CaCl2D处理用于细胞融合的植物细胞：盐酸4有关全能性的叙述，不正确的是 ( )A受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完整个体，因此全能性最高B生物体内细胞由于分化全能性不能表达C卵细胞与受精卵一样，细胞未分化，全能性很高D植物细胞离体培养在一定条件下能表现出全能性5用高度分化的植物细胞、组织和器官进行组织培养可以形成愈伤组织，下列叙述错误的是 ( )A该愈伤组织

31、是细胞经过脱分化和分裂形成的B该愈伤组织的细胞没有全能性C该愈伤组织是由排列疏松的薄壁细胞组成D该愈伤组织可以形成具有生根发芽能力的胚状结构6动物细胞培养的细胞来自于 ( )A任何个体的细胞B只能取自动物胚胎细胞C只能取自幼龄动物的组织细胞D胚胎或幼龄动物的器官和组织细胞7一只羊的卵细胞的核被另一只羊的体细胞核置换后，这个卵细胞经过多次分裂，再植入第三只羊的子宫内发育，结果产下一只羊羔。这种克隆技术具有多种用途，但是不能 ( )A有选择地繁殖某一性别的家畜B繁殖家畜中的优秀个体C用于保存物种D改变动物的基因型二、非选择题部分：8研究表明，工程细菌A是一种某新型抗生素的高产菌，但A细菌为4-羟脯

32、氨酸(一种罕见氨基酸)缺陷型，这种氨基酸是合成该新型抗生素的酶所必需的。科学家发现另一种异亮氨酸缺陷型细菌B能够合成4-羟脯氨酸。进行工业化生产这种新型抗生素成为企业家的梦想，某生物学兴趣小组提出了以下三种设计方案：方案一：将细菌A、细菌B混合培养方案二：将B细菌中控制4-羟脯氨酸合成的基因转入细菌A方案三：将细菌A、细菌B融合，形成杂种细胞回答：(1)方案一主要利用了细菌A、细菌B在生态学上称之为 的关系。(2)从微生物的营养角度看，4-羟脯氨酸是细菌A的 。(3)在方案三中，某同学提出筛选杂种细胞的方法是：将经过细胞融合处理的细胞培养在缺4-羟脯氨酸和缺异亮氨酸的完全培养基中培养，收集增殖

33、的细胞。该方法合理吗？说明理由或改正。(4)比较上述三种方案，你认为最好的方案是那一个？为什么？9图5-20-5为细胞融合的简略过程(只考虑两个细胞的融合)，请据图回答：图5-20-5若A、B是基因型分别为rrHH、RRhh两个烟草品种细胞的花粉，且这两对基因位于非同源染色体上，由于一对隐性纯合基因(rr或hh)的作用，在光照强度大于800勒克斯时，都不能生长。(1)实验开始时必须用 除去不利于原生质体融合的物质。(2)实验中除获得杂种细胞外，还有基因型为 的融合细胞。(3)设计一方法(不考虑机械方法)，从培养液中分离出杂种细胞，方法： 。若该过程是制备治疗“SARS”病毒的单克隆抗体，A为人

34、B淋巴细胞(染色体组成为2AXX=46)，B为鼠骨髓瘤细胞(染色体组成为2BXX=40)(4)用单克隆抗体制成“生物导弹”主要利用了抗体的 特性。(5)A细胞来自于 。(6)杂种细胞C共有 个染色体组，一个染色体组可表示为 。第二十一课 基因工程与微生物发酵工程主干知识整合1基因的结构(1)原核基因的结构： (2)真核基因的结构：图5-21-1特别提醒：“非编码区”、“非编码序列”的区别，事实上，在编码区中也存在 ，如真核基因的内显子。(3)真、原核细胞的基因结构的比较：相同点：均有 和起调控作用的 。不同点：原核细胞的基因中编码区是 ，无外显子和内含子之分；真核细胞的基因中编码区是 ，分为能

35、编码蛋白质的 和不能编码蛋白质的 。在真核生物中，DNA、mRNA的碱基数及蛋白质的氨基酸数之间631的数量关系中，DNA片段的碱基数其实是该基因片段中外显子所含碱基数目。2基因工程的概念基因工程也称为 技术或 技术，是生物技术的主体技术。基因工程是指按照人类的愿望，将不同生物的遗传物质在体外人工剪切并和 重组后转入细胞内进行扩增，并表达产生所需蛋白质的技术。基因工程能够打破种属的界限，在基因水平上改变生物遗传性，并通过工程化为人类提供有用产品及服务。3基因工程的工具(1)基因剪刀限制性内切酶：限制性内切酶(简称限制酶)是生物体内的一类酶，它们能将外来的DNA切断，即能够限制异源DNA的侵入并

36、使之失去活力，但对自己的DNA却无损害作用，这样可以保护细胞原有的遗传信息，主要存在于 中，由于这种切割作用是在DNA分子内部进行的，故名限制性内切酶。限制性内切酶是基因工程中所用的重要切割工具，一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并且能在特定的切点上切割DNA分子。被切割的DNA分子在切口处形成 。(2)基因针线DNA连接酶：被限制性内切酶切割开来的目的基因和运载体，具有相同的黏性末端，将它们的黏性末端连接起来，就可以形成重组的DNA分子。这个将目的基因和运载体连接起来的过程就需要用到DNA连接酶。其功能是把两个DNA片段末端之间的“缝隙”连接起来。注意：DNA连接酶连接的是 之间的磷酸

37、二酯键，而不是两条链之间互补配对碱基之间的氢键，碱基之间的氢键形成是不要酶催化的。(3)运载工具运载体：将目的基因直接送入 ，一般是很难的，通常要用到运载体。通常使用的运载体是存在于许多细菌以及酵母菌等生物体内的一些质粒，或者动植物病毒及噬菌体。因为质粒能够在不同生物细胞间穿梭，而病毒(包括噬菌体)具有 性，都能够自主地将目的基因送入受体细胞。当然，并不是所有质粒和病毒都能够担当运载体，而应该满足一定的条件。4基因工程的操作步骤(1)目的基因的制备：目的基因即基因工程所要转移的基因，分离目的基因首先要确定目的基因在组织中的DNA分子上的位置，然后运用 切割DNA分子而获得。(2)重组DNA：外

38、源DNA是很难直接透过细胞膜进入受体细胞的，即使进入受体细胞之中，也会受到细胞内 的作用而分解。重组DNA就是让DNA片段和运载体连接，即在体外条件下，把目的基因接到某种运载体上，常用的运载体有能够和细菌共生的质粒、温和噬菌体(病毒)等。目的基因结合到经过改造的细菌中的质粒(细菌细胞中的小环状DNA分子)或温和噬菌体(病毒)上后形成的组合体称为重组体DNA。在这一技术中，限制性内切酶是一种常用的工具酶，它能“切开”质粒的环形DNA，也能切取目的基因，然后把目的基因DNA片段与质粒DNA分子的两端，在连接酶的作用下互补连接形成重组体DNA。(3)重组DNA的扩增表达：重组得到的DNA杂种分子，在

39、合适条件下复制增殖并使目的基因在载体组织中通过控制蛋白质的合成而得以表达，从而体现目的基因原来控制的性状。目的基因的表达是指 。目的基因能否表达是基因工程是否成功的关键。目前，人类已经利用外源基因，如人的生长激素基因，人胸腺激素基因、人干扰素基因、牛生长激素基因等，导入细菌中，生产出相应的产品，在临床上得到了广泛的应用，取得了可观的经济效益和社会效益。5微生物的营养(1)培养基五大营养素种类功能举例碳源为微生物提供碳素营养、能源物质，形成代谢产物，构成细胞成分无机化合物，CO2、NaHCO3;有机化合物：糖类、脂类、糖类、脂肪酸、花生粉饼、石油氮源为微生物提供氮素营养、合成蛋白质、核酸、含氮代

40、谢产物无机化合物：氮、氨、铵盐、硝酸盐；有机化合物：尿素、牛肉膏、蛋白胨等生长因子酶和核酸组成分，微生物生长不可缺少的微量有机物维生素、氨基酸、碱基等除上表所述种类外还包括无机盐和水。(2)培养基的配置原则及其种类配置原则：根据 选择原料；注意各种营养物质的浓度和比例；pH要适宜。培养基的种类：标准种类特点及用途物理性质液体培养基工业生产半固体培养基保藏茵种，观察微生物运动和鉴定菌种固体培养基微生物的分离、计数化学成分天然培养基营养丰富、来源广，用于工业生产合成培养基成分明确稳定，用于分离、鉴定用途选择培养基加入某种化学物质以抑制不需要的微生物的生长，促进所需要微生物的生长，促进所需要微生物的

41、生长，用于分离工培养目标菌鉴别培养基根据微生物的代谢特点，加入某种指示剂化学物质，用于微生物的鉴别6微生物的代谢(1)代谢产物：微生物的代谢产物分为 产物和 产物。 是微生物的生长全过程都会产生的，如氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素等，是微生物的生长、繁殖所必需的。 是微生物生长一定阶段以后才产生的，如抗生素、毒素、激素、色素等，通常对自身无明显生理作用。(2)代谢调节：微生物的代谢调节包括 和 两种。酶合成的调节是指某些酶的产生是在某些诱导物的诱导下才合成的，如果没有这种诱导物存在，则不会形成这种酶。组成酶的合成不受诱导物影响，而诱导酶只有在诱导物的存在时才合成，如乳糖操纵子模型中有关酶的

42、合成。酶合成调节的意义是保证代谢需要、避免物质和能量的浪费、增强对环境的适应。 是指产物与酶结合而使酶的结构变化使活性改变；酶活性调节的特点是调节 。(3)人工控制：通过人工控制某些条件来控制代谢产物，加快反应速度，提高产率。一般有两条措施：改变菌种 ：利用酶合成的调节、酶活性的调节原理用诱变、基因工程、细胞工程技术改变酶的特性、删除某种酶或改变细胞膜对某种代谢产物的通透性；控制 ：主要通过温度、pH值、氧浓度影响酶的活性。7微生物的生长(1)微生物生长分期：微生物的生长一般分为四个时期，各时期的特点见下表：时期成因特点应用与其他调整期适应新环境不立即或繁殖，菌体增长，代谢活跃，为细胞分裂作准

43、备时间长短与菌种和培养条件有关对数期条件适宜，快速繁殖个体形态和生理特性稳定生产用菌种，科研材料稳定期生存条件恶化活菌数量最大，代谢产物大量积累，出现芽孢改善和控制条件延长稳定期衰亡期生存条件极度恶化死亡超过繁殖，出现畸变裂解、释放产物(2)微生物的生长曲线：(见图5-21-2)其中1、2、3、4分别表示微生物生长过程中种群数量变化的四个时期。图5-21-28发酵工程(1)发酵工程的概念：发酵工程是采用现代工程技术手段，利用生物(主要是微生物)的某些生理功能，为人类生产有用的生物产品，或直接用微生物参与和控制某些工业生产过程的一种新的技术。也有人称它为“微生物工程”。(2)发酵工程的步骤：发酵

44、工程一般可分为发酵原料的预处理、发酵的准备、发酵过程和产品的分离与纯化等四个阶段。但在生产运用中，发酵过程往往是与其他生物技术相联系的。所以，实际生产某种生物制品时，常分为以下三个步骤：运用基因工程和细胞工程技术及诱变育种等生产出工程菌或细胞株。如通过 的方法获得能大量积累赖氨酸的黄色短杆菌的高产菌株。大量培养工程菌或进行细菌发酵。这一步的关键是控制发酵的条件，如利用酵母菌生产酒精时，先要在有氧的条件下，让其大量繁殖，再在无氧的条件下生产酒精。许多产品及某些微生物对发酵工程的温度、pH等都十分敏感，需要严格的检测控制。将工程菌与产品从发酵液(培养液)中分离出来，进行纯化和后处理。由于发酵液中产

45、物的浓度很低，常常只有0001%001%，为了获得纯净的生物制品，必须进行分离纯化。常见主要分离纯化方法有 、 、 。1人类基因组计划的四图(1)遗传图：遗传图是指基因或DNA标记(如多肽性遗传标记)在染色体上以遗传距离表示相对位置的图，又称连锁图。遗传距离通常以基因或DNA片段在染色体交换过程中分离的频率厘摩(cM)来表示。cM值越高，表明两点间距离越远；cM值越低，表明两点间距离越近。(2)物理图：物理图是指表示DNA序列上DNA标记之间实际距离的图。通常由DNA的限制酶片段或克隆的DNA片段有序排列而成。标记之间的物理距离以DNA上核苷酸数目的多少来表示。物理图是进行DNA序列分析和基因

46、组织结构研究的基础。限制酶物理图是基因组结构的重要特征。(3)序列图：序列图是指整个人类基因组的核苷酸序列图，也是最详尽的物理图。(4)转录图：在整个人类基因组中，只有15的DNA序列为编码序列，在人体某一特定组织的细胞中，一般只有10的基因是表达的。如果把某段DNA序列相应的mRNA确定下来，就抓住了基因的主要部分，即可转录部分。所以。一张人类基因组的转录图(也称cDNA图或表达序列图)才是人类基因图的雏形。2获取目的基因的一般方法(1)直接分离法：直接分离法又称“鸟枪法”或“霰弹法”。就是从供体细胞中取出DNA分子，用限制性内切酶进行处理得到DNA片段，然后分别用运载体转入到不同的受体细胞

47、内进行DNA片段扩增，再从受体细胞中找出具有相应目的基因的细胞，得到目的基因。这种方法的优点是操作简便。存在的缺点则是工作量大，有盲目性；对于真核细胞的基因来说，目的基因中还含有不表达的内含子，无法将这样的基因在原核细胞内表达。(2)人工合成法：就是按照自然基因的本来遗传信息，人工合成相应的DNA片段。目前有两种方法，分别为反转录法和依据蛋白质氨基酸序列推断合成法。反转录法：从供体细胞内找出由目的基因转录出来的信使RNA，以该信使RNA为模板，反转录成互补的单链DNA，然后在酶的作用下合成双链DNA，从而获得所需要的基因。依据蛋白质氨基酸序列推断合成法：根据已知的蛋白质的氨基酸序列，推测出相应

48、的信使RNA序列，然后按照碱基互补配对原则，推测出其结构基因的核苷酸序列，再通过化学合成的方法，以单核苷酸为原料合成目的基因。3将目的基因转入受体细胞的常用方法将基因转入受体细胞，除了常用的运载体转运方法外，在一定的条件下还常使用以下一些方法：(1)显微注射法：首先将植物细胞游离出原生质体，然后在显微镜下用微注射器将目的基因注射入受体细胞；(2)电穿孔法：在短时间的高压电流电脉冲的冲击下，可以使原生质膜分子疏松形成暂时性的直径为34nm的小孔，从而使存在于原生质体周围溶液中的外源DNA通过小孔进入原生质体。(3)微束激光打孔法：与电穿孔法类似，是利用微束激光照射形成小孔。(4)基因枪法：基因枪

49、是一种专门用于基因转移的高压枪。该种方法是首先将目的基因的DNA附着于直径约为4m的钨等金属粒子表面，然后用基因枪将其射入受体细胞。(5)精子介导法：将精子作适当处理后，使其具有携带外源基因的能力，然后用携带有外源基因的精子给发情母畜授精。这种方法相对于显微注射法有成本低、成功率高、操作简便等优点。4关于运载体(1)运载体在基因工程中的作用：使用运载体有两个目的：一是用它作为运载工具，将目的基因送到宿主细胞中去；二是利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。(2)作为运载体必需满足的条件：作为运载体必须具备三个条件：能在宿主细胞内稳定保存并大量复制。即运载体在宿主细胞内既不会影响宿主细胞本身的

50、生存，干扰宿主细胞本身的基本新陈代谢，也不会被宿主细胞破坏分解；有多个限制酶切点，以便与外源基因连接；具有某些标记基因，以便进行筛选。(3)运载体的种类：目前，基因工程经常使用的运载体主要有两类：细菌的质粒，它是细菌染色体DNA以外的小型环状DNA(一般有1200kb，kb为千碱基对)，有的细菌只有一个，有的细菌有多个；噬菌体和某些病毒的DNA。一般来说，天然运载体往往不能满足人类的所有要求，因此人们根据不同的目的和需要，对某些天然的运载体进行人工改建。PBR322是人工改造的大肠杆菌质粒，它可以独立复制，也可整合到细菌DNA中，随着染色体DNA的复制而复制；含有5种内切酶的单一切点；携带有抗四环素和抗氨苄青霉素的基因。同学们在学习中，需要注意的是不要把质粒与运载体等同。5基因诊断的常用方法(1)核酸分子杂交法(即DNA探针法)：该方法是根据碱基互补配对原则，把互补的双链DNA解开，把单链的DNA小片段用同位素、荧光分子或化学发光催化剂等进行标记，之后同被检测的DNA中的同源互补序列杂交，从而检出所要查明